CN108847509A - 一种冷却结构及电池模组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冷却结构及电池模组，包括与电芯贴合进行降温的液冷组件；液冷组件包括若干个液冷管路，若干个液冷管路多排分布，液冷管路内设置有用于流通冷却液的上下两层通道；及液冷管路两端头设有与各个液冷管路都连接的汇流管，汇流管内部也设置为与液冷管路对应的上下两层通道；冷却液经液冷管路的第一端的汇流管的上层通道或下层通道流入，流经多个液冷管路的上层通道或下层通道到达液冷管路另一端的汇流管，再由液冷管路的下层通道或上层通道回流。本发明的液冷管路采用上下分层的设计，低温冷却液在液冷管路的上、下层通道形成U形回路，使得单个电芯同时接触不同温度的进出冷却液，每个电芯冷却的温度差异小，冷却效果更均匀。

Description

一种冷却结构及电池模组

技术领域

本发明涉及一种冷却结构及使用该冷却结构的电池模组。

背景技术

电动汽车发展至今，电池技术的突破已经成为了限制电动汽车大规模上市的重要原因之一，电池的容量和安全性尚待突破。续航里程越高，要求的电池容量也越高，电池工作时产生的发热功率和热量也越高，给电池的使用安全带来隐患。

目前，电池冷却主要是采用风冷和液冷两种方式冷却，其中，液冷的冷却方式效果更佳。但目前液冷的方式一般是采用单根蛇形铝扁管导通冷却液接触电芯的冷却方式。由于单根蛇形铝扁管经多处折弯整形而成，冷却液的流程较长，导致压力损失大，尺寸误差大。在电池模组上设置有汇流管，汇流管的接头突出于电池模组，导致外接管路繁杂，电池模组体积大，能量密度低。并且冷却液经过多个电芯逐渐导热累积，在前电芯和在后电芯的散热不均匀，进出水口温度通常差异较大，导致电池模组冷却效果不均，影响电池充放电。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冷却结构及使用该冷却结构的电池模组。

本发明的基础方案为：一种冷却结构，用于冷却电芯，包括与电芯贴合进行降温的液冷组件；

所述液冷组件包括若干个液冷管路，所述若干个液冷管路多排分布，液冷管路内设置有用于流通冷却液的上下两层通道； 及

液冷管路两端头设有与各个液冷管路都连接的汇流管，所述汇流管内部也设置为与液冷管路对应的上下两层通道；

冷却液经液冷管路的第一端的汇流管的上层通道或下层通道流入，流经多个液冷管路的上层通道或下层通道到达液冷管路另一端的汇流管，再由液冷管路的下层通道或上层通道回流。

优选的，所述汇流管包括内侧板、与内侧板连接形成空腔的外侧板以及设置在内侧板和外侧板之间的隔板，所述隔板用于隔断空腔形成上下两层通道，所述内侧板上设置有冲孔，通过冲孔与所述液冷管路连通。

更优选的，还包括排头水管，所述排头水管与处于前端头的液冷组件的汇流管连通，冷却液由排头水管流入或流出。

更优选的，还包括设置在汇流管端部的堵头组件，所述堵头组件包括与汇流管的上层通道连通的上通堵头、与汇流管的下层通道连通的下通堵头和连通汇流管上、下层通道的上下贯通堵头，所述上通堵头、下通堵头和上下贯通堵头均为柱体形状。

为了实现液冷组件的串联使用，堵头的结构具体方案如下：所述上通堵头的外侧面上设置有与汇流管的上层通道连通的第一通孔、用于封堵汇流管的下层通道的第一挡壁，所述上通堵头内设置有第一空腔，在上通堵头的一个端面上设置有与连接管或排头水管连接的第一接孔，所述第一通孔与所述第一接孔通过第一空腔连通；所述下通堵头的外侧面上设置有与汇流管的下层通道连通的第二通孔、用于封堵汇流管的上层通道的第二挡壁，所述下通堵头内设置有第二空腔，在下通堵头的一个端面上设置有与连接管或排头水管连接的第二接孔，所述第二通孔与所述第二接孔通过第二空腔连通；所述上下贯通堵头的外侧面上设置有第三通孔，所述汇流管的上层通道和下层通道通过第三通孔连通。

本发明的有一个优选方案为：所述的液冷结构包括多个液冷组件，所述液冷组件成排排布，相邻两个液冷组件上相邻的汇流管通过连接管连接。

所述液冷管路为波纹状扁管，每个波纹弯曲处对应与电芯外壁相契合；所述波纹状的扁管外侧粘贴可压缩的绝缘导热丙烯酸片，通过绝缘导热丙烯酸片与每个电芯外壁贴合。

一种电池模组，包括至少一个电芯模组和穿插在电芯模组上的冷却结构，一个电芯模组对应一个液冷组件；所述电芯模组包括电芯和上、下支架，电芯位于上、下支架之间。

进一步的，所述电芯模组内的电芯分成若干组，同一组内的电芯以正负极相同的方式排列，同一组内的电芯并联，相邻两组电芯以正负极相反的方式排列，不同组之间的电芯串联；在上支架上方和下支架下方均设置有汇流排，所述汇流排上焊接有与电芯正极对应的镍片和与电芯负极对应的铝丝。

进一步的，在上、下支架上均设置有用于分隔电芯正负极的筋条，在相邻两个筋条之间安装有两组电芯，在相邻两个筋条之间的两组电芯串联，其中，所述上支架在第一组电芯和第二组电芯之间设置有筋条，并以两组电芯为间隔距离依次设置筋条，所述下支架在第二组电芯和第三组电芯之间设置有筋条，并以两组电芯为间隔距离依次设置筋条。

本发明与现有技术相比，具有以下有益之处：（1）液冷组件的液冷管路采用上下分层通道的设计，低温冷却液在液冷管路的上、下层通道形成U形回路，使得单个电芯同时接触不同温度的进出冷却液，由于逐级叠加作用，冷却液的温度之和相近，每个电芯冷却的温度差异小，冷却效果更均匀；（2）在多个液冷组件之间采用了上通堵头、下通堵头和上下贯通堵头的独特设计，实现多个液冷组件之间的连通以及多个液冷组件的上、下层通道的连通，形成冷却液在多个液冷组件上的U形回路；（3）液冷管路设置多个且并联设置，多个液冷管路同时通入冷却液，缩短冷却液的水路行程，压损小，电芯的冷却速率提高；（4）电池模组内的结构设计巧妙，冷却液的水路设计简洁，冷却效果均匀，安全性也明显提高。

附图说明

图1为本发明所述液冷组件第一实施例结构示意图；

图2为本发明液冷组件的剖切图；

图3为图2中A部的放大示意图；

图4为本发明所述液冷组件第二实施例的结构示意图；

图5为本发明上通堵头的结构示意图；

图6为本发明下通堵头的结构示意图；

图7为本发明的上下贯通堵头的结构示意图；

图8为本发明上通堵头、汇流管和下通堵头连接时的剖切图；

图9为本发明电池模组的爆炸示意图。

具体实施方式

下面将结合具体实施例及附图对本发明作进一步详细描述。

本发明提供一种冷却结构，用于冷却电芯。

实施例一：

参照图1，所述冷却结构包括与电芯贴合进行降温的液冷组件20，冷却液可在液冷组件20内流动，从而对电芯降温。

液冷组件20包括若干个液冷管路22和设置在液冷管路22两端头且与各个液冷管路22都连接的汇流管21。若干个液冷管路22多排分布，液冷管路22内设置有用于流通冷却液的上下两层通道。汇流管21内部也设置为与液冷管路22对应的上下两层通道。 冷却液经液冷管路22的第一端的汇流管21的上层通道或下层通道流入，流经多个液冷管路22的上层通道或下层通道到达液冷管路22另一端的汇流管21，再由液冷管路22的下层通道或上层通道回流。如此，两根液冷管路22之间留有间距，单体电芯设置在两根液冷管路22之间，流经液冷管路22的冷却液形成U形回路，单个电芯同时接触不同温度的进出水道冷却液，由于逐级叠加作用，冷却液的温度之和相近，每个电芯冷却的温度差异小，冷却效果更均匀。

其中，该液冷组件20的其中一根汇流管可以不设置上、下层通道或者将原有的汇流管上、下层通道直接连通，使得流经液冷管路22的冷却液可以在汇流管上、下层通道之间流通。

此外，液冷管路22并不局限于只设置有上下两条通道，液冷管路22可设置有N条通道，对应分成上下两层，N条通道两端分别对应连通液冷管路22两侧的汇流管21的上、下层通道。汇流管21的上层通道与各个液冷管路22的上层通道连通构成液冷组件20的上层通道，汇流管21的下层通道与各个液冷管路22的下层通道连通构成液冷组件20的下层通道。

如图2和图3所示，本实施例中，汇流管21包括内侧板211、与内侧板211连接形成空腔的外侧板212以及设置在内侧板211和外侧板212之间的隔板213，隔板213用于隔断空腔形成上下两层通道，内侧板211上设置有冲孔，通过冲孔与液冷管路22连通。可以理解，内侧板211和外侧板212的剖面均为“凹”形结构，两者连接即可形成空腔，内侧板211、外侧板212和隔板213可焊接而成。此外，内侧板211利用模具可冲出若干冲孔，该冲孔可与液冷管路22连通，从而可将冷却液在汇流管21和液冷管路22之间流通。汇流管21通过隔板213形成上下两层通道，液冷管路22可通过内部筋条分成上下两层通道，汇流管21的上层通道与各个液冷管路22的上层通道连通，汇流管21的下层通道与各个液冷管路22的下层通道连通。

如图4所示，本实施例中，还包括排头水管50，排头水管50与处于前端头的液冷组件20的汇流管21连通，冷却液由排头水管50流入或流出。排头水管50作为冷却液流入液冷组件20和流出液冷组件20的枢纽。

实施例二：

本实施例在实施例一的基础上做的改进，将多个液冷组件串联起来使用，为具有多个电芯组的电池模组进行冷却。

请参阅图4至图8，所述冷却结构包括多个液冷组件20，液冷组件20成排排布，可设置多排，且均与排头水管50连接。相邻两个液冷组件上相邻的汇流管21通过连接管30连接。其中，连接管30为U形形状，拐弯容易且延展性强，适应性强，便于连接相邻两个液冷组件20的汇流管21，进而连通相邻两个液冷组件20。当液冷组件20成排排布时，冷却液由排头水管50进入第一个液冷组件的汇流管的上层通道或下层通道，从而进入第一个液冷组件中，再分别流经其他液冷组件的上层通道或下层通道，再由最后一个液冷组件的下层通道或上层通道回流，最后从排水水管50流出。本实施例可以对多个或多组电芯进行降温。

本实施例中，汇流管21端部设置堵头组件23，堵头组件23包括与汇流管21的上层通道连通的上通堵头24、与汇流管21的下层通道连通的下通堵头25和连通汇流管21上、下层通道的上下贯通堵头26，上通堵头24、下通堵头25和上下贯通堵头26均为柱体形状。

上通堵头24的外侧面上设置有与汇流管21的上层通道连通的第一通孔241、用于封堵汇流管的下层通道的第一挡壁242，上通堵头24内设置有第一空腔240，在上通堵头24的一个端面上设置有与连接管30或排头水管50连通的第一接孔243，第一通孔241与第一接孔243通过第一空腔240连通。如此，上通堵头24可与汇流管21的上层通道连通，第一挡壁242防止上通堵头24与汇流管21的下层通道的连通。

下通堵头25的外侧面上设置有与汇流管21的下层通道连通的第二通孔251、用于封堵汇流管21的上层通道的第二挡壁252，下通堵头25内设置有第二空腔250，在下通堵头25的一个端面上设置有与连接管或排头水管连接的第二接孔253，第二通孔251与第二接孔253通过第二空腔250连通。如此，下通堵头25可与汇流管21的下层通道连通，第二挡壁252防止下通堵头25与汇流管21的上层通道的连通。

上下贯通堵头26的外侧面上设置有第三通孔261，汇流管21的上层通道和下层通道通过第三通孔262连通。上下贯通堵头26可设置在同一排中最后一个液冷组件20的汇流管21上，使得冷却液形成回流。

排头水管50可与上通堵头24或下通堵头25连接，上通堵头24的第一接孔243可作为进液口或出液口，下通堵头25的第二接孔253也可对应作为出液口或进液口。此外，也可在液冷组件的汇流管上直接设置进液口和出液口，冷却液通过进液口流入液冷组件或通过出液口流出液冷组件。

第一空腔240的长度和宽度以及第二空腔250的长度和宽度可以根据冷却液的流速进行设计，本发明对此不做具体的限定，符合第一通孔241与第一接孔243通过第一空腔240连通，以及第二通孔251与第二接孔253通过第二空腔250连通即可。

此外，上、下层通道的连通方式具有三种：第一种，液冷组件20中控制冷却液回流的汇流管21不设置上、下层通道，即只设置一个空腔，该空腔可直接连通液冷管路的上、下层通道；另外，容易想到的是在隔板上设置通孔或者改变隔板的长度，直接连通汇流管21的上、下层通道，进而连通液冷组件的上、下层通道；第二种，在液冷组件20中控制冷却液回流的汇流管21上设置有上下贯通堵头，进而连通汇流管21的上、下层通道；第三种，在液冷组件20中控制冷却液回流的汇流管21两端分别设置有上通堵头和下通堵头，上通堵头和下通堵头通过连接管30连接，也可以将该液冷组件的上、下层通道连通。实际上，这三种连通方式在实施例一和实施例二中均可使用。

进一步的，当多个液冷组件串联使用时，与其它液冷组件相邻的一侧汇流管两端分别设置一个上通堵头和一个下通堵头，所述的上通堵头和下通堵头对应设置分别通过连接管与相邻的液冷组件连通，让冷却液在相邻液冷组件的上层通道之间和下层通道之间流通。冷却液由排头水管50进入第一个液冷组件的汇流管的上层通道，从而进入第一个液冷组件中，再流经其他液冷组件的上层通道，再由最后一个液冷组件的下层通道回流，流经其他液冷组件的下层通道最后从排水水管50流出。

另外，容易想到的，冷却液在回流前，不用一直按照沿上层通道或一直沿下层通道流动，回流时，也可不用一直沿上层通道或下层通道流通的方式流出。也可使用连通方式为：上一个液冷组件的汇流管的上层通道可与下一个液冷组件的汇流管的下层通道连通，或上一个液冷组件的汇流管的下层通道也可与下一个液冷组件的汇流管的上层通道连通。这种连通方式可以采用连接管连通上通堵头和下通堵头的方式。遵循上述连通方式也可以使得冷却液在液冷管路上形成回路。

进一步的，上通堵头24的第一接孔243和下通堵头25的第二接孔253均位于汇流管21的同一侧，即上通堵头24和下通堵头25在通过连接管30连接时，液冷管路20上的所有连接管30可以设置在液冷管路20的同一侧，使得多个液冷组件在安装时整体结构更加简洁，便于组装和拆卸。

上述两个实施例在具体实施时，液冷管路22均可采用表面为波纹状的管路，每个波纹弯曲处对应与电芯的外壁相契合，便于降温。可通过钎焊工艺将汇流管21、液冷管路22和堵头组件23焊接形成一个整体。液冷管路22的截面为口琴状，内部设置有多个加强筋，一方面加强了其自身强度，另一方面使内部通道更顺畅。液冷管路22的壁厚较薄，利于导热。

如附图9所示，波纹状的液冷管路22外侧粘贴可压缩的绝缘导热丙烯酸片14，通过绝缘导热丙烯酸片14与每个电芯外壁贴合，确保降温的速率。

本发明还要求保护一种电池模组，如图9所示，所述电池模组包括至少一个电芯模组100和穿插在电芯模组100上的冷却结构，冷却结构为如权利要求1至7任意一项所述的冷却结构。其中，一个电芯模组100对应一个液冷组件20。由于冷却结构采用了上述实施例的全部技术方案，因此，至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

本实施例中，电芯模组100包括电芯10和上支架12、下支架11，电芯10位于上、下支架之间。电芯模组100内的电芯分成若干组，同一组内的电芯以正负极相同的方式排列，同一组内的电芯并联，相邻两组电芯以正负极相反的方式排列，不同组之间的电芯串联。电芯组正负极交错排布，实现电芯组之间的串联与并联，满足电池模组的串并数要求。

在上支架12上方和下支架11下方均设置有汇流排40，汇流排40上焊接有与电芯正极对应的镍片41和与电芯负极对应的铝丝。镍片41与汇流排40也可用激光焊接成一体来料。

在上、下支架上均设置有用于分隔电芯正负极的筋条，在相邻两个筋条之间安装有两组电芯，在相邻两个筋条之间的两组电芯串联，其中，上支架12在第一组电芯和第二组电芯之间设置有筋条，并以两组电芯为间隔距离依次设置筋条，下支架11在第二组电芯和第三组电芯之间设置有筋条，并以两组电芯为间隔距离依次设置筋条。可以理解，相邻两组电芯为正负极相反的方式排列，例如，第一组电芯的正极与第二组电芯的负极在同一侧上，第一组电芯的负极与第二组电芯的正极也在同一侧上，选取其中一侧将第一组电芯和第二组电芯串联，所以上支架12和下支架11的筋条均以两组电芯为间隔距离依次设置筋条，则另一侧就需设置筋条防止第一组电芯和第二组电芯的爬电短路。这样设置，不同组的电芯可以顺利地一组一组的采用串联的方式连接，保证电芯模组提供的电力，而筋条也起到了分隔电芯正负极的作用，防止爬电短路，设计非常合理。

本实施例中，在上支架的两侧均设置有侧板13，侧板13上下两端分别与上、下支架连接，通过上、下支架和侧板13锁固电芯10。

在电芯10的上下两侧上均设置有用于覆盖电芯10的绝缘片42，绝缘片42锁固在汇流排40上，可螺接或焊接，避免人员接触短路危险。上支架12和下支架11均为透明的聚碳酸酯制成。上支架12和下支架11上均设置有三角形的UV点胶槽，利用UV光穿透上支架和下支架，照射UV点胶槽里的UV胶从而固定电芯。

虽然对本发明的描述是结合以上具体实施例进行的，但是，熟悉本技术领域的人员能够根据上述的内容进行许多替换、修改和变化、是显而易见的。因此，所有这样的替代、改进和变化都包括在附后的权利要求的精神和范围内。

Claims (10)

1. 一种冷却结构，用于冷却电芯，其特征在于，包括与电芯贴合进行降温的液冷组件（20）；

所述液冷组件（20）包括若干个液冷管路（22），所述若干个液冷管路（22）多排分布，液冷管路（22）内设置有用于流通冷却液的上下两层通道； 及

液冷管路（22）两端头设有与各个液冷管路都连接的汇流管（21），所述汇流管(21)内部也设置为与液冷管路（22）对应的上下两层通道；

冷却液经液冷管路的第一端的汇流管的上层通道或下层通道流入，流经多个液冷管路的上层通道或下层通道到达液冷管路另一端的汇流管，再由液冷管路的下层通道或上层通道回流。

2.根据权利要求1所述的冷却结构，其特征在于，所述汇流管包括内侧板（211）、与内侧板连接形成空腔的外侧板（212）以及设置在内侧板和外侧板之间的隔板（213），所述隔板用于隔断空腔形成上下两层通道，所述内侧板上设置有冲孔，通过冲孔与所述液冷管路连通。

3.根据权利要求1所述的冷却结构，其特征在于，还包括排头水管（50），所述排头水管与处于前端头的液冷组件的汇流管连通，冷却液由排头水管流入或流出。

4.根据权利要求1所述的冷却结构，其特征在于，还包括设置在汇流管端部的堵头组件（23），所述堵头组件包括与汇流管的上层通道连通的上通堵头（24）、与汇流管的下层通道连通的下通堵头（25）和连通汇流管上、下层通道的上下贯通堵头（26），所述上通堵头、下通堵头和上下贯通堵头均为柱体形状。

5.根据权利要求4所述的冷却结构，其特征在于，

所述上通堵头的外侧面上设置有与汇流管的上层通道连通的第一通孔（241）、用于封堵汇流管的下层通道的第一挡壁（242），所述上通堵头内设置有第一空腔（240），在上通堵头的一个端面上设置有与连接管或排头水管连接的第一接孔（243），所述第一通孔与所述第一接孔通过第一空腔连通；

所述下通堵头的外侧面上设置有与汇流管的下层通道连通的第二通孔（251）、用于封堵汇流管的上层通道的第二挡壁（252），所述下通堵头内设置有第二空腔（250），在下通堵头的一个端面上设置有与连接管或排头水管连接的第二接孔（253），所述第二通孔与所述第二接孔通过第二空腔连通；

所述上下贯通堵头的外侧面上设置有第三通孔（261），所述汇流管的上层通道和下层通道通过第三通孔连通。

6.根据权利要求1所述的冷却结构，其特征在于，包括多个液冷组件，所述液冷组件成排排布，相邻两个液冷组件上相邻的汇流管通过连接管（30）连接。

7.根据权利要求1所述的冷却结构，其特征在于，所述液冷管路为波纹状扁管，每个波纹弯曲处对应与电芯外壁相契合；所述波纹状的扁管外侧粘贴可压缩的绝缘导热丙烯酸片（14），通过绝缘导热丙烯酸片与每个电芯外壁贴合。

8.一种电池模组，其特征在于，包括至少一个电芯模组和穿插在电芯模组上的冷却结构，所述冷却结构为如权利要求1至7任意一项所述的冷却结构，一个电芯模组对应一个液冷组件；所述电芯模组包括电芯和上、下支架，电芯位于上、下支架之间。

9.根据权利要求8所述的电池模组，其特征在于，所述电芯模组内的电芯分成若干组，同一组内的电芯以正负极相同的方式排列，同一组内的电芯并联，相邻两组电芯以正负极相反的方式排列，不同组之间的电芯串联；在上支架上方和下支架下方均设置有汇流排（40），所述汇流排上焊接有与电芯正极对应的镍片（41）和与电芯负极对应的铝丝。

10.根据权利要求9所述的电池模组，其特征在于，在上、下支架上均设置有用于分隔电芯正负极的筋条，在相邻两个筋条之间安装有两组电芯，在相邻两个筋条之间的两组电芯串联，其中，所述上支架在第一组电芯和第二组电芯之间设置有筋条，并以两组电芯为间隔距离依次设置筋条，所述下支架在第二组电芯和第三组电芯之间设置有筋条，并以两组电芯为间隔距离依次设置筋条。